[发明专利]改性石墨烯/白炭黑/丁苯橡胶复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种改性的含石墨烯/白炭黑的丁苯橡胶复合材料，是采用乳液共混共凝聚来制备的橡胶复合材料。本发明中各原料：石墨烯、层状硅酸盐、白炭黑，质量比为1～5：1～10：1～70，液体改性剂占橡胶干胶质量的0.1～5％，分散剂占填料干料质量的0.01～0.5％。按填料1～70份将浆液加入到含有液体改性剂干胶含量为100份的丁苯胶乳溶液中，高速搅拌后，经酸凝固、洗涤、干燥，得到改性的橡胶复合材料；本发明制备的改性石墨烯/白炭黑/丁苯橡胶复合材料，具有较低的门尼粘度和生热，较高的模量，抗撕裂性能和较低的滚动阻力良好的耐磨性能，本发明简单易行、成本低、易于工业化、具有较好的经济效益和社会效益。

技术领域

本申请涉及改性丁苯橡胶复合材料技术领域，更具体的涉及一种石墨烯/白炭黑/丁苯橡胶复合材料的制备方法。

背景技术

石墨烯是一种由碳原子以 sp2 杂化轨道组成的六角晶格平面薄膜，只有一个或多个碳原子厚度的二维材料。石墨烯具有优异的机械、导热、导电性能,是当前最有吸引力的无机纳米材料之一，是当前最新、研究最热、性能最好的二维碳纳米材料。将石墨烯用于轮胎制备，应用于轮胎的胎面、基部胶、胎侧、胎肩、三角胶、带束层胶、胎体胶、过渡层胶、气密层胶等，可以有效解决现有轮胎质量差易爆胎等现象。石墨烯化学稳定性高，与其它介质的相互作用较弱，但由于石墨烯的单层结构，使得具有超高的比表面积，从而极易发生卷曲和团聚（一片之间的原子相互作用成为卷曲，片与片之间相互作用产生团聚），这就使得石墨烯在对其他物质进行填充时很难分散均匀，极大地限制了石墨烯在橡胶领域进一步应用。因此，需要将石墨烯与其他填料并用，制备石墨烯橡胶复合材料。

使用高剥离的氧化石墨烯部分替代白炭黑来填充橡胶，这样制备得到的橡胶纳米复合材料中，由于石墨烯和白炭黑互相穿插有效抑制了两种填料自身 的聚集，使得它们的分散更加均匀，表现出在不损失白炭黑原有优异性能 ( 较高的模量、较 低的滚动阻力 )的同时，大幅度提升了橡胶材料的耐磨性能，并进一步提高复合材料的模 量和抗撕裂性能。由于白炭黑为三维球状纳米填料，粒径约为几十纳米，而氧化石墨烯为二维片状填料，长径比较大，因此可利用两者在维度和尺寸上的差异将二者并用以产生协同效应 ；同时由于两者之间产生明显的氢键作用，从而实现了白炭黑和氧化石墨烯的互补及纳米补强效果，进一步提高了硫化橡胶的机械力学性能。同时由于氧化石墨烯的片层结构以及良好的自恢复能力还赋予了橡胶材料良好的气体阻隔性能和自愈合能力，具有传统填料无法比拟的优势。以石墨烯和白炭黑并用来增强或改性制备的橡胶纳米复合材料具有更加优异的综合性能，可广泛应用于 轮胎、胶板、胶带、胶辊、输送带等工业制品及各种密封领域，以及航空航天领域。

发明内容

本发明的目的是提出一种含有石墨烯和白炭黑的改性丁苯橡胶复合材料的制备方法，其包括橡胶基体及相应的添加助剂。以高耐磨、高力学性能、高比表面积（极限值可达2630m²/g）的石墨烯与价格低廉的层状硅酸盐、抗撕裂性能好的白炭黑、天然胶乳为原料，采用湿法制备成复合材料，提高了填料在橡胶基体中的分散性，赋予丁苯橡胶良好的加工性能、高耐磨、高抗撕裂性能等。

一种改性石墨烯/白炭黑/丁苯橡胶复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在反应器中分别加入石墨烯、层状硅酸盐、白炭黑，质量比为0.1～5：1～10：1～70，水、分散剂，进行高速搅拌，制备成分散均一的浆液；按填料1～70份将浆液加入到含有液体改性剂、干胶含量为100份的丁苯胶乳溶液中，在高速搅拌下混合，经酸凝固、洗涤、干燥，得到改性石墨烯/白炭黑/丁苯橡胶复合材料；所述的石墨烯为单层石墨烯或多层石墨烯或改性石墨烯或改性氧化石墨烯。

所述的层状硅酸盐为滑石、叶腊石、云母、高岭石、蛭石、蒙脱石、蛇纹石、海泡石、坡缕石中的一种。

所述浆液中的改性剂为天然胶乳、环氧天然胶乳、羧基氯丁胶乳或丁腈胶乳等的任意一种或混合物，占橡胶干胶质量的0.1～5%。